BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
¾¾¾¾¾¾¾¾¾
NGÔ ĐÌNH CHÂU

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG QUY TRÌNH THI CÔNG
BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC CHO
CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 60.58.30

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước (ƯST), còn gọi là kết cấu
bê tông cốt thép ứng lực trước (ƯLT), hay bê tông tiền áp, hoặc bê
tông dự ứng lực (tên gọi Hán-Việt), là kết cấu bê tông cốt thép sử
dụng sự kết hợp ứng lực căng rất cao của cốt thép ứng suất trước và
sức chịu nén của bê tông để tạo nên trong kết cấu những biến dạng
ngược với khi chịu tải.
Bê tông cốt thép ƯST là một trong những phát minh lớn trong kỹ
thuật xây dựng ở thế kỷ XX. Nó được ứng dụng rộng rãi tại hầu hết
các nước tiến tiến trên thế giới từ hơn 50 năm nay. Ở Việt Nam chúng
ta ứng dụng công nghệ bê tông ƯST đã được thực hiện từ những năm
70, 80, tuy nhiên phạm vi ứng dụng còn hạn hẹp.
Chất lượng công trình, thời gian thi công và giá thành phụ thuộc
vào các yếu tố như: Công nghệ, máy móc, thiết bị, vật liệu, trình độ
cán bộ kỹ thuật, quy trình thi công,…Từ thực tế đó, trong khuôn khổ
Luận văn với tên đề tài là “Nghiên cứu ứng dụng quy trình thi công
bê tông cốt thép ứng suất trước cho công trình xây dựng dân dụng
và công nghiệp” tác giả muốn nghiên cứu phương pháp tính toán thi
công cốt thép và đưa ra quy trình thi công cốt thép ƯST phù hợp nhất
cho kết cấu công trình xây dựng trong điều kiện thi công trong nước là
sự cần thiết. Đây chính là vấn đề mà tác giả thấy cần nghiên cứu, là
mục tiêu của đề tài.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu về mặt lý thuyết và kết hợp với thực tiễn thi công bê
tông cốt thép ứng suất trước, từ đó đề xuất phương pháp tính toán thi
công cốt thép và quy trình thi công cốt thép ứng suất trước cho dầm,


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC
1.1. KHÁI NIỆM VỀ BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC
Bê tông ứng suất trước (ƯST) là bê tông, trong đó thông qua lực
nén trước để tạo ra và phân bố một lượng ứng suất bên trong phù hợp
nhằm cân bằng với một lượng mong muốn ứng suất do tải trọng ngoài
gây ra. Với các cấu kiện bê tông ƯST, ứng suất thường được tạo ra
bằng cách kéo trước thép cường độ cao.
Trong cấu kiện bê tông ƯST, người ta đặt vào một lực nén trước
tạo bởi việc kéo cốt thép, nhờ tính đàn hồi, cốt thép có xu hướng co lại
và sẽ tạo nên lực nén trước, lực nén trước này gây nên ứng suất nén
trước trong bê tông và sẽ triệt tiêu hay làm giảm ứng suất kéo do tải
trọng sử dụng gây ra, do vậy làm tăng khả năng chịu kéo của bê tông
và làm hạn chế sự phát triển của vết nứt.
1.2. SỰ RA ĐỜI VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA BÊ TÔNG
CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC TRÊN THẾ GIỚI
Nguyên lý gây ƯST đã được ứng dụng trong thực tế từ hàng trăm
năm nay. Khi chế tạo những thùng chứa chất lỏng như nước, rượu hay
khi làm trống, các thanh gỗ phẳng hoặc cong được ghép lại thật khít
nhờ những đai bằng dây thừng hay bằng kim loại.
Nguyên lý này đã được P G. Jackson (Mỹ) đưa vào áp dụng thành
công cho vòm gạch, đá, bê tông từ năm 1886. Tiếp theo K.During
(Đức) đã tạo được ứng suất nén trong bản bê tông bằng việc căng
trước cốt thép thường.
Khi dùng cốt thép thường có cường độ thấp không quá 1225
kG/cm2 và biến dạng (độ dãn dài tỷ đối) chỉ đạt tới giá trị bằng e
e = s/E = 1225/2100000 = 0,0006

s
t
q
s
c
<
b
s
t
<
bt

Hình 1.1. Sơ đồ tạo ứng suất trước trong cấu kiện bê tông chịu nén
bằng cốt thép cường độ cao.
Tại châu Âu kết cấu bê tông ƯST phát triển nhanh chóng ở Pháp,
Bỉ, Anh, Đức, Thụy Sỹ, Hà Lan. Trong gần 500 cầu được xây dựng ở
Đức từ năm 1949 đến 1953 đã có 350 cầu dùng bê tông ƯST. Tại Nga
hiện nay các cấu kiện bê tông đúc sẵn như tấm sàn từ 6m, dầm, dàn
khẩu độ 18m trở lên đều qui định dùng bê tông ƯST. Tại Mỹ chú
trọng ứng dụng bê tông ƯST vào xây dựng các bể chứa nhiên liệu có
dung tích từ 10000 m
3
trở lên.
Trong lĩnh vực xây dựng nhà cao tầng, sử dụng bê tông ƯST cho
phép tăng kích thước lưới cột, hoặc giảm chiều dày sàn, khối lượng
thép cũng giảm đáng kể. Các ô sàn phẳng không dầm khẩu độ tới
15,6m mà chiều dày bê tông ƯST đúc sẵn, mỗi tấm sàn phẳng có
trọng lượng từ 300 tấn đến 800 tấn cũng được phổ biến ở châu Âu.

5

6

1.4.3. Một số công nghệ khác tạo ứng suất trước
a. Sử dụng xi măng nở tạo ứng suất trước trong bê tông
b. Dùng kích ép ngoài để tạo ứng suất trước
1.5. THIẾT BỊ CĂNG CỐT THÉP TẠO ỨNG SUẤT TRƯỚC
1.5.1. Thiết bị căng trước: Các kích thuỷ lực hoặc kích vít lớn.
1.5.2. Thiết bị căng sau
- Bơm và kích tạo ƯST
- Neo
- Máy luồn cáp
- Thiết bị cắt cáp
- Hỗn hợp vữa và bơm vữa
1.6. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO BÊ TÔNG CỐT THÉP ƯST
1.6.1. Bê tông cường độ cao
a. Yêu cầu về cường độ
Theo tiêu chuẩn ACI, bê tông dùng trong bê tông ƯST phải có
cường độ chịu nén cho mẫu lăng trụ ở 28 ngày tuổi từ 28¸55 MPa.
Theo tiêu chuẩn châu Âu, cường độ chịu nén cho mẫu lập phương ở
28 ngày tuổi là 450 kG/cm
2
, quy ra mẫu lăng trụ là 35,5 MPa.
Kinh nghiệm cho thấy sử dụng bê tông có cường độ từ 28¸34
MPa là kinh tế nhất.
b. Ứng suất cho phép trong bê tông
Bảng 1.1. Ứng suất cho phép của bê tông ƯST theo tiêu chuẩn
ACI:318-1989
c. Mô đun đàn hồi của bê tông
- Viện nghiên cứu BT Hoa Kỳ: E
c

không được vượt quá số nhỏ hơn của: 0.74f
pu
và 0.82f
py

- Ứng suất lớn nhất trong thép căng sau tại vùng neo ngay sau khi
neo thép: 0.70 f
pu

Bảng 1.3. Một số đặc tính của cáp ứng suất trước
1.6.3. Các vật liệu khác
a. Ống gen:
b. Vữa phụt:
c. Neo:
1.7. MỘT SỐ NỘI DUNG ĐỀ XUẤT VÀ BỔ SUNG
Từ những nội dung đã trình bày ở trên - Tổng quan về BTCT
ƯST, tác giả nghiên cứu về mặt lý thuyết thông qua các tiêu chuẩn về
BTCT ƯST (trong nước và nước ngoài), các sách, các tài liệu về
BTCT ƯST cho quy trình thi công BTCT ƯST. Để “ứng dụng quy
trình thi công BTCT ƯST cho công trình xây dựng dân dụng và công
nghiệp” trong điều kiện thi công trong nước hiện nay, tác giả đã
nghiên cứu thông qua thực tế thi công các công trình xây dựng trong
nước của các nhà thầu nổi tiếng có uy tín và đề xuất một số nội dung
cần được bổ sung sau đây:

8

- Hoàn chỉnh lại và bổ sung một số nội dung cho quy trình thi
công cốt thép ƯST trong điều kiện thi công ở nước ta hiện nay.
- Thứ tự và các bước thực hiện kéo căng cốt thép ƯST trong dầm,

TRÌNH THI CÔNG CỐT THÉP TẠO ỨNG SUẤT
TRƯỚC
2.1. CƠ SỞ PHÁP LÝ
2.1.1. Các tiêu chuẩn áp dụng cho bê tông ứng suất trước
2.1.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với bê tông ứng suất trước
a. Yêu cầu về vật liệu
Các vật liệu sử dụng cho kết cấu bê tông ứng suất trước (ƯST)
phải có chứng chỉ chất lượng phù hợp với quy định của thiết kế, đồng
thời phải thí nghiệm kiểm tra để xác nhận chất lượng của các vật liệu
đưa vào sử dụng tại công trình.
b. Yêu cầu gia công và lắp đặt cốt thép kéo căng
Gia công, lắp đặt cốt thép kéo căng phải phù hợp công nghệ ƯST
c. Quy trình kéo căng và đo lực kéo cốt thép tạo ứng suất trước
- Tại mỗi công trình cần tiến hành kéo thử ít nhất 3 bó cốt thép để
kiểm tra hệ số truyền lực khi kéo căng. Nếu kết quả kéo thử khác với
các số liệu thiết kế thì phải tính toán kiểm tra kết cấu trên cơ sở kết
quả và hiệu chỉnh các số liệu phù hợp với thực tế.
- Sai số cho phép giữa giá trị ƯST thực tế sau khi neo giữ cốt thép
kéo căng so với giá trị thiết kế là ± 5%.
- Sai số cho phép giữa độ giãn dài thực tế so với độ giãn dài tính
toán là -5% và +10%.
d. Quy định công nghệ căng trước
e. Quy định công nghệ căng sau có dính kết
f. Quy định công nghệ căng sau không dính kết
g. Yêu cầu về an toàn trong thi công
2.1.3. Phạm vi sử dụng bê tông ứng suất trước

10

2.2. CƠ SỞ KHOA HỌC

con
-
å
=
n
i
li
1
s

Trong đó: σ
li
- Trị số tổn thất dự ứng lực thứ i.
d. Tổn thất dự ứng lực
- Tổn xảy ra nhanh bao gồm các tổn thất sau:
+ Tổn thất ma sát lỗ.
+ Tổn thất neo kẹp giữ.
+ Tổn thất co nén đàn hồi.
- Tổn thất trong thời gian dài sau khi căng bao gồm:
+ Tổn thất chùng ứng lực.
+ Tổn thất do co ngót từ biến của bê tông.
Đối với bê tông ƯST căng trước còn có: Tổn thất dưỡng hộ nhiệt
nữa.
Đối với bê tông ƯST căng sau còn có tổn thất ma sát tại lỗ neo
giữ và tổn thất do chuyển hướng kéo.
e. Tính trị số giãn dài khi kéo căng cốt thép ứng suất trước

11

Giá trị giãn dài căng sau ΔL có thể tính theo công thức sau:

Tj
KL
e
EA
LP
T
)(
1
.
.

+ Công thức tính gần đúng (hình 2.13b)
ΔL =
sp
T
EA
LP.

Trong các công thức trên:
P- lực kéo thép ƯST bình quân – lực kéo ở đầu kéo đã khấu trừ
tổn thất ma sát lỗ. P được tính như sau:
P =
÷
ø
ö
ç
è
æ
+
-

SUẤT TRƯỚC
3.1. CHUẨN BỊ VẬT LIỆU VÀ THIẾT BỊ THI CÔNG
3.1.1. Chuẩn bị vật liệu
- Thép ứng suất trước (ƯST):
- Neo:
- Ống gen tạo đường cáp:
- Chân chống đường cáp:
- Ống nối ống gen:
- Khuôn neo:
- Van bơm vữa:
- Vòi bơm vữa:
- Băng keo:
- Hỗn hợp vữa bơm:
3.1.2. Chuẩn bị thiết bị
- Kích thủy lực:
- Máy bơm thủy lực:
- Kích tạo đầu neo chết:
- Máy trộn vữa:
- Máy bơm vữa:
3.2. QUY TRÌNH THI CÔNG
3.2.1. Quy trình thi công cốt thép tạo ứng suất trước theo
phương pháp căng trước
- Trình tự thi công: Căng cốt thép tạo ƯST → đổ bê tông → đợi
cho bê tông đạt đến một cường độ nhất định → xả căng → tháo rời
cắt bỏ phần cốt thép bên ngoài cấu kiện.
- Quy trình thi công: Theo sơ đồ công nghệ (hình 3.1.)

13

a. Kiểm tra bệ tỳ và lắp đặt cốt thép tạo ƯST căng trước

con
và neo kẹp chặt (khóa lại).
* Kiểm tra hiệu chỉnh lại giá trị ứng suất kéo:

14

- Kiểm tra giá trị ƯST chủ yếu kiểm tra độ giãn dài, độ giãn dài
nhỏ hơn 6%. Chỉ đo kiểm tra sau khi đã kẹp chặt khóa đầu thép kéo.
Bảng 3.1. Giá trị thiết kế quy định khi đo kiểm tra ƯST của sợi thép.
Phương pháp kéo căng Giá trị đo kiểm tra
Kéo căng sợi dài 0,94 σ
con

Dài 4m 0,91 σ
con

Kéo căng sợi ngắn
Dài 6m 0,93 σ
con

* Một số điểm cần chú ý khi kéo căng:
c. Quy trình xả căng cốt thép ứng suất trước
- Khi xả căng cho cốt thép ƯST, cường độ của bê tông phải phù
hợp với yêu cầu thiết kế. Trường hợp thiết kế không yêu cầu thì việc
xả căng cốt thép được thực hiện khi cường độ bê tông đạt trên 80%.
- Trình tự xả căng theo quy định của thiết kế. Nếu thiết kế không
có quy định hướng dẫn thì nên tiến hành theo các bước sau đây:
+ Đối với các cấu kiện chịu nén đúng tâm thì tất cả các cốt thép
ƯST nên đồng thời xả căng một lần.
+ Đối với các cấu kiện chịu nén lệch tâm, đầu tiên nên xả căng

Trong đó: L
1
- Chiều dài của sợi cáp thực tế trong đường cáp
được cắt.
L
0
- Chiều dài đầu neo chết khoảng 850mm.
500- Chiều dài sợi cáp phục vụ cho việc kéo căng
- Do chiều dài của mỗi ống gen có giới hạn (4 ~ 6m) nên chiều dài
ống gen của đường cáp thường được ghép nhiều đoạn bằng ống nối và
được gắn chặt, kín bằng băng keo dính.
* Lắp đặt ống gen:
- Lắp đặt ống gen tròn: (Thường áp dụng cho dầm)
+ Lắp đặt ống gen tròn để tạo đường lỗ chờ sẵn để luồn cốt thép
ƯST.
- Lắp đặt ống gen dẹt: (Thường áp dụng cho sàn)
+ Ống gen dẹt có thể luồn cáp trước hoặc sau khi thi công bê tông.
Đối với ống gen cho sàn thường được luồn cáp trước khi lắp đặt vào
vị trí.
- Tiến hành lắp đặt:

16

+ Công tác lắp đặt đường cáp bắt đầu khi lớp thép dưới của sàn
hoàn thành hoặc có những qui định khác của tư vấn giám sát.
+ Vị trí và cao độ của đường cáp phải được xác định, đánh dấu ở
ván khuôn đáy bằng sơn dọc theo chiều dài của đường cáp như bản vẽ
thi công.
+ Tiến hành rải các đường cáp vào đúng vị trí như trên bản vẽ thi
công.

Căn cứ vào số lượng luồn thép một lần mà ta phân ra hai trường
hợp: Luồn cả bó và luồn từng sợi.
Đối với bó sợi thép thì người ta thường luồn cả bó.
Đối với cáp thép thì người ta có thể luồn cả bó hay luồn từng sợi
riêng lẻ. Việc luồn cả bó có thể thực hiện bằng tay hoặc bằng máy.
e. Cố định đầu neo chết
- Áp dụng cho trường hợp kéo căng một đầu.
- Phần đầu rối ở đầu neo chết được cố định bằng kẽm buộc.
- Trục đầu neo chết phải được đặt trùng với trục của đường cáp.
f. Quy trình kéo căng cốt thép ứng suất trước
* Công tác chuẩn bị:
* Phương pháp căng cốt thép ứng suất trước:
- Thông thường có 6 phương pháp kéo căng thép sau đây:
+ Phương pháp kéo một đầu: Áp dụng khi cốt thép dài khoảng
30m trở xuống (≤ 30m) ở dạng đường thẳng và cũng áp dụng cho cốt
thép đường cong mà độ dài ảnh hưởng tổn thất do neo L
i
≥ 0,5L (L là
chiều dài của cốt thép ƯST). Trong một số trường hợp việc kéo một
đầu được thực hiện theo yêu cầu của thiết kế.
+ Phương pháp kéo hai đầu: Áp dụng khi cốt thép dài trên 30m (>
30m) ở dạng thẳng và những cốt thép dạng đường cong có chiều dài
ảnh hưởng tổn thất do neo giữ L
i
< 0,5L.

18

+ Phương pháp kéo từng đợt: Đối với cấu kiện có nhiều bó cốt
thép ƯST. Do tính co nén của bê tông mà khi căng kéo bó thép của

Cách 1. Kéo căng cáp được thực hiện cùng lúc cho các sợi cáp của
mỗi bó cáp bằng kích kéo cáp nhiều sợi. Cách này thường áp dụng đối
với những đường cáp có đầu neo kéo nằm trong khoảng không gian
rộng rãi. Quá trình kéo căng tiến hành như sau:
Kích được luồn qua sợi cáp, ép sát vào mặt khóa neo rồi tiến hành
kéo căng.
Kéo khử chùng với áp lực kéo của đồng hồ là: 5Mpa
Hồi kích về bằng cách giảm áp lực xuống bằng 0, tháo kích thủy
lực ra khỏi bó cáp và xịt sơn cho các sợi cáp trong bó cáp.
Lắp đặt lại kích ép sát vào mặt khóa neo và tăng tải trọng lên từ từ
cho tới khi đạt giá trị khử chùng. Lúc này bắt đầu ghi chép lại giá trị
độ giã dài của cáp bằng thước gắn trên đầu cáp cuối kích kéo căng
(thước này không gắn trực tiếp trên kích).
Gia tăng tải trọng lên từ từ, ghi lại giá trị độ giãn dài đo trên sợi
cáp ứng với mỗi bước tăng lực lên 5Mpa đọc trên đồng hồ đo. So sánh
với giá trị độ giãn dài theo thiết kế, nếu độ giãn dài thực tế không nằm
trong giới hạn cho phép thì ngừng việc kéo căng và chờ xử lý của thiết
kế và tư vấn giám sát. Nếu độ giãn dài thực tế nằm trong giới hạn cho
phép thì đạt yêu cầu.
Lặp lại các bước như trên cho các bó cáp tiếp theo.
Cách 2. Kéo căng cáp được thực hiện bằng cách kéo từng sợi cáp
bằng kích kéo cáp một sợi cho từng bó cáp. Cách này thường áp dụng
đối với những đường cáp có đầu neo kéo nằm trong khoảng không
gian chật hẹp. Cách 2 thường được sử dụng nhiều hơn. Quá trình kéo
căng tiến hành như sau:
Kích được luồn qua sợi cáp, ép sát vào mặt khóa neo rồi tiến hành
kéo căng.

20



+ Cáp thừa ngoài đầu neo sẽ không được cắt cho đến khi có sự
đồng ý của tư vấn giám sát.
* Tính toán độ giãn dài thực tế báo cáo kết quả kéo căng:
g. Quy trình chèn vữa cho đường lỗ luồn thép ƯST (Thi công
cốt thép ƯST có dính kết)
- Sau khi căng thép ƯST xong, tiến hành chèn đầy đường lỗ để
bảo vệ cho cốt thép đồng thời tăng sự kết dính hữu hiệu giữa cốt thép
và bê tông của cấu kiện. Mặt khác còn có tác dụng khống chế sự xuất
hiện các vết nứt cũng như chiều rộng của vết nứt khi quá tải.
- Công tác bơm chèn đầy vữa phải tiến hành ngay sau khi công
việc kéo căng thép hoàn thành và đã được nghiệm thu hoàn công.
* Vữa chèn:
* Các thiết bị sử dụng để bơm chèn vữa:
* Công nghệ bơm phụt vữa:
h. Quy trình thi công cốt thép tạo ƯST không dính kết
* Lắp đặt cốt thép:
* Cố định chặt đầu kéo:
* Quy trình kéo căng:
* Trám, bịt đầu lỗ neo chống xâm thực:
3.3. SỰ CỐ TRONG THI CÔNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
SỰ CỐ
3.3.1. Vỡ bê tông tại đầu neo khi kéo căng
3.3.2. Đứt cáp
3.3.3. Tuột nêm
3.3.4. Nghẽn ống
3.3.5. Độ giãn dài thực tế sai lệch so với lý thuyết
3.4. QUY TRÌNH KIỂM TRA VÀ NGHIỆM THU
3.4.1. Quy trình kiểm tra



KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
- Bê tông ƯST là sự kết hợp một cách có hiệu quả khả năng của
các vật liệu cường độ cao và tạo ra cho kết cấu một cách có chủ ý các
ƯST nhằm tăng cường sự làm việc của vật liệu trong các điều kiện sử
dụng khác nhau, do vậy có nhiều ưu điểm so với BTCT. Việc ứng
dụng bê tông ƯST vào các công trình xây dựng là rất cần thiết, đặc
biệt là với các công trình nhịp lớn, chịu tải trọng nặng và các cấu kiện
có độ mảnh cao.
- Quá trình thi công cần lưu ý một số nội dung sau:
+ Áp dụng quy trình thi công BTCT ƯST sẽ đẩy nhanh tiến độ thi
công so với BTCT thường, tăng tính hiệu quả về điều kiện sử dụng và
kinh tế.
+ Để có được kết quả tốt trong quá trình thi công cần kiểm soát
chặt chẽ các khâu trong quá trình thi công bê tông cốt thép ƯST, đặc
biệt là quá trình lắp đặt cáp và quá trình kéo căng cốt thép ƯST.
+ Ngoài ra cần lưu ý một số sự cố thường gặp trong quá trình thi
công BTCT ƯST, từ đó tìm ra nguyên nhân và đưa ra biện pháp khắc
phục và xử lý phù hợp, đúng quy trình và đạt chất lượng.
2. Kiến nghị
* Đối với công tác thiết kế:
- Chọn loại hình kết cấu để áp dụng cốt thép ứng suất trước cho
dầm, sàn trong công trình dân dụng nhiều tầng.
- Chọn phương pháp căng cho thi công thép ứng suất trước cho
các loại cấu kiện (ví dụ dầm có b=?, h=? thì chọn cáp có bám dính;
Dầm có b=?, h=? thì chọn ứng suất ngoài; Cấu kiện sàn có h=? thì
chọn cáp không bám dính; Chọn loại cáp, đường kính cáp, nêm, ).